JPH04101286U - 高効率電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この考案は、特にパーソナルコンピュータ等
ポータブル機器に用いて好適なＤＣ−ＤＣコンバータ等
高効率電源回路に関し、軽負荷時にも、効率よく電力供
給が可能な高効率電源回路を提供することを目的とす
る。 【構成】 外部信号によりオンオフする第１のスイッチ
ング素子と、第１のスイッチング素子の状態に従い負荷
に対してエネルギを供給するインダクタと、整流ダイオ
ード、平滑コンデンサで構成されるＤＣ−ＤＣコンバー
タにおいて、上記整流ダイオードと並列に接続され、第
１のスイッチング素子と同期して両方向にオンオフ制御
を行う第２のスイッチング素子と、上記整流ダイオード
ならびに第２のスイッチング素子による電圧降下を検出
してインダクタに流れる電流の方向を検出して第２のス
イッチング素子をオンオフするコンパレータとを具備す
ることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】

この考案は、特にパーソナルコンピュータ等ポータブル機器に用いて好適な ＤＣ−ＤＣコンバータ等高効率電源回路に関する。

【０００３】

【従来の技術】

パーソナルコンピュータ等ポータブル機器では、電源としてＤＣ−ＤＣコン バータが用いられる。ＤＣ−ＤＣコンバータの基本構成を図２に示す。ＤＣ−Ｄ Ｃコンバータは、外部の信号によりＯＮ／ＯＦＦするバイポーラもしくはＭＯＳ トランジスタで構成されるスイッチング素子２１、エネルギを蓄積するコイルあ るいは電圧の大きさを変換するチョーク等インダクタ素子２２、平滑コンデンサ ２３および整流ダイオード２４で構成される。

【０００４】 基本的動作は以下のとおりである。まず、スイッチング素子２１がＯＮすると Ｉ0nなる電流が流れ、入力側から出力側へエネルギが供給される。また、スイッ チング素子２１がＯＦＦすると、Ｉ0ff なる電流が流れインダクタ２２に蓄積さ れたエネルギが放出される。このとき整流ダイオード２４の順方向電圧降下によ りインダクタ２２に蓄積されたエネルギの一部が失われる。

【０００５】 ダイオードによる損失を少なくするために改良されたＤＣ−ＤＣコンバータの 構成を図３に示す。即ち、図２に示す構成に、スイッチング素子２１とは別のス イッチング素子２１と同期して両方向スイッチング制御がなされるスイッチング 素子３１が付加される。これらのタイミング動作上の関係は、スイッチング素子 ２１がＯＮしているときスイッチング素子３１はＯＦＦ、スイッチング素子２１ がＯＦＦしているときスイッチング素子３１はＯＮするという関係を持つ。両方 向スイッチング素子素子３１のソース−ドレイン間の電圧降下はダイオード２４ の順方向電圧降下に比してはるかに小さいことを利用したものである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

図３に示す構成では、インダクタ２２に蓄積されたエネルギが完全に放出さ れた後に、スイッチング素子２１がＯＮする動作モードでは、つまり、負荷側で 消費されない余分なエネルギが電源側に戻る場合、負荷で消費されない余分なエ ネルギ分も一旦インダクタ２２に磁気エネルギとして蓄積され、これが電源側に 電気エネルギという形で戻ることになる。このように軽負荷側から電源側にエネ ルギが戻るため、こと時に電力損失が発生し、電源効率が低下する。このため、 変動が大きい負荷に対しては、いかなる負荷状態でも電力を供給することができ ない。また、これを第３図に示す回路構成で回避しようとする場合インダクタ２ ２の容量が大きくなってしまう。

【０００７】 本考案は上記事情に鑑みてなされたものであり、軽負荷時にも、効率よく電力 供給が可能な高効率電源回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【考案の構成】

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、外部信号によりオンオフする第１のスイッチング素子と、第１の スイッチング素子の状態に従い負荷に対してエネルギを供給するインダクタと、 整流ダイオード、平滑コンデンサで構成されるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、 上記整流ダイオードと並列に接続され、第１のスイッチング素子と同期して両方 向にオンオフ制御を行う第２のスイッチング素子と、上記整流ダイオードならび に第２のスイッチング素子による電圧降下を検出してインダクタに流れる電流の 方向を検出して第２のスイッチング素子をオンオフするコンパレータとを具備す ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】 上述した構成中、コンパレータにてインダクタに流れる電流の方向を検知し 、そのコンパレータ出力により第２のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦをコント ロールすることにより、軽負荷時にも高効率の電源を実現する。このことにより 、軽負荷時にも効率が低下せず、また、インダクタ容量を大きくせずに済む。

【００１１】

【実施例】

以下、図面を使用して本考案実施例について詳細に説明する。図１は本考案 の実施例を示す回路図である。

【００１２】 図において、１１は外部の信号によりＯＮ／ＯＦＦするバイポーラもしくはＭ ＯＳトランジスタで構成されるスイッチング素子、１２はエネルギを蓄積するコ イルあるいは電圧の大きさを変換するチョーク等インダクタ素子、１３は平滑コ ンデンサである。１４はスイッチング素子１１とは別の、スイッチング素子１１ と同期して両方向スイッチング制御を行うスイッチング素子である。１５はコン パレータであり、スイッチング素子１４の電圧降下を検出して、インダクタ１２ に流れる電流の方向を検知し、その方向によりスイッチング素子１４をＯＮ／Ｏ ＦＦする。尚、１６、１７は寄生ダイオードである。

【００１３】 以下、本考案実施例の動作について詳細に説明する。図において、先ずスイッ チング素子１１がＯＮになると、スイッチング素子１４がＯＮであった場合（ど ういう動作モードの場合にＯＮになっているかは後述する）、スイッチング素子 １１→スイッチング素子１４→ＧＮＤの経路でＩon1 で示す電流が流れる。スイ ッチング素子１４には、コンパレータ１５の出力でＯＮになるような信号（ハイ レベルの信号）が与えられるが、電流Ｉonが流れることにより、スイッチング素 子１４の両端に若干の電圧降下が生じ、図中ａで示す点が（＋）、ｂ点が（−） の極性になる。そうなると、コンパレータ１５の出力はローレベルに切り替わり 、スイッチング素子１４はＯＦＦする。電流がスイッチング素子１４に流れなく なってもコンパレータ１５の出力はローレベルになっている。スイッチング素子 １４がＯＦＦすると、電源側から負荷側に電流Ｉon2 が流れ始める。

【００１４】 次ぎに、スイッチング素子１１がＯＦＦすると、インダクタ１２に蓄積された エネルギが放出され電流Ｉoff1が流れる。このときスイッチング素子１４はＯＦ Ｆしているが、スイッチング素子１４の寄生ダイオード１７を通して先ず流れる 。この時ａ点が（−）、ｂ点が（＋）となるため、コンパレータ１５の出力はハ イレベルになり、スイッチング素子１４はＯＮする。この時のスイッチング素子 １４での電圧降下はかなり小さくなり、ダイオードを使用していた従来の方式に 比べて、効率が改善されることになる。インダクタ１２に蓄えられたエネルギが 完全に放出されないうちにスイッチング素子１１がＯＮすると、この動作説明の 冒頭で説明した状態から同じ動作を繰り返す。

【００１５】 次に、スイッチング素子１１がＯＦＦして、インダクタ１２に蓄積されたエネ ルギが完全に放出されても、まだスイッチング素子１１がＯＮしない場合、つま り負荷が軽い場合、コンデンサ１３に蓄積されたエネルギが、インダクタ１２を 通してＧＮＤ側に電流Ｉ0ff が流れる。この時、ａ点が（＋）、ｂ点が（−）に なるため、スイッチング素子１４にはローレベルの信号が与えられ、スイッチン グ素子１４は直ちにＯＦＦする。従ってこの電流が流れなくなるため、負荷側か ら電源側に電力が戻る動作モードが存在しなくなる。すなわち、軽負荷時にも電 源効率が低下しないことになる。実際には、Ｉoff2なる電流が流れてはじめてコ ンパレータ１５がスイッチング素子１４をＯＦＦするため、この間、ほんの僅か の電力がインダクタ１２に蓄積されて、Ｉoff3なる電流の経路で電源側に電力が 戻るが、戻る電力が極僅かであり、更にこのモードで損失される電力は更に小さ いため、実使用上は問題にはならない。

【００１６】

【考案の効果】

以上説明のように本考案荷よれば、軽負荷時にも効率が低下せず、また、イン ダクタ容量を大きくせずに済むためコスト低減にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の実施例を示す回路図、

【図２】 従来例を示す回路図、

【図３】 従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１１、１４…スイッチング素子 １２………インダクタ １３………コンデンサ １５………コンパレータ １６、１７…寄生ダイオード

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部信号によりオンオフする第１のスイ
   ッチング素子と、第１のスイッチング素子の状態に従い
   負荷に対してエネルギを供給するインダクタと、整流ダ
   イオード、平滑コンデンサで構成されるＤＣ−ＤＣコン
   バータにおいて、上記整流ダイオードと並列に接続さ
   れ、第１のスイッチング素子と同期して両方向にオンオ
   フ制御を行う第２のスイッチング素子と、上記整流ダイ
   オードならびに第２のスイッチング素子による電圧降下
   を検出してインダクタに流れる電流の方向を検出して第
   ２のスイッチング素子をオンオフするコンパレータとを
   具備することを特徴とする高効率電源回路。